Метод та система оцінювання динамічних змін біомедичних зображень в офтальмології

Abstract

Роботу присвячено подальшому розвитку систем для оцінювання динамічних змін шляхом аналізу біомедичних зображень, що дозволяє автоматизувати етапи діагностики і здійснювати кількісний моніторинг патологічних змін судин. В дисертаційній роботі розроблено математичну модель на основі просторово-зв’язного препарування для оцінювання динамічних змін біомедичних зображень, яка визначає характерні ознаки для досягнення інваріантності щодо повороту зображень і підвищує достовірність оброблення, удосконалено метод автоматичного вибору порогу градієнтного фільтра, який використовує дані, отримані градієнтними методами, що визначають оптимальний поріг і підвищують достовірність прогнозування швидкості динамічних змін біомедичних зображень, отримав подальший розвиток метод W-спектра зв’язності для аналізу біомедичних зображень шляхом фрагментування інформаційних ділянок в частині порівняння зображень із еталонними препаратами, що підвищує достовірність діагностування офтальмологічних захворювань. Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що на основі розроблених теоретичних положень реалізовано систему для оцінювання динамічних змін біомедичних зображень очного дна. Сформульовано рекомендації щодо створення системи для оцінювання динамічних змін біомедичних зображень на прикладі визначення стану мікроциркуляції крові в судинах очного дна, показники якої дозволяють оцінювати адекватність дій щодо аналізу цифрових біомедичних зображень очного дна та розроблено систему для оцінювання динамічних змін біомедичних зображень, яка дозволяє проводити оцінювання стану судин та визначення кон'юнктивального індексу.

В диссертационной работе разработана математическая модель на основе пространственно-связного препарирования для оценки динамических изменений биомедицинских изображений, которая определяет характерные признаки для достижения инвариантности относительно поворота изображений и повышает достоверность обработки, усовершенствован метод автоматического выбора порога градиентного фильтра, который использует данные, полученные градиентными методами, определяющих оптимальный порог и повышают достоверность прогнозирования скорости динамических изменений биомедицинских изображений, получил дальнейшее развитие метод W-спектра связности для анализа биомедицинских изображений путем фрагментирования информационных участков в части сравнения изображений эталонными препаратами, повышает достоверность диагностики офтальмологических заболеваний. Практическое значение полученных результатов заключается в том, что на основе разработанных теоретических положений реализована система для оценки динамических изменений биомедицинских изображений глазного дна. Показано, что на основе проведенного обоснования выбора алгоритмов для обработки биомедицинских изображений, наиболее информативными для сегментации изображений глазного дна алгоритм на основе фильтрации Кирша и нелинейного фильтра Собела. Усовершенствована алгоритм формирования диагностических признаков для оценки микроциркуляции крови в сосудах глазного дна в части использования шаблон-эталонов для сегментации биомедицинских изображений, что позволяет использовать участки изображений, которые врач классифицирует как однородные. Сформулированы рекомендации по созданию системы для оценки динамических изменений биомедицинских изображений на примере определения состояния микроциркуляции крови в сосудах глазного дна, показатели которой позволяют оценивать адекватность действий по анализу цифровых биомедицинских изображений глазного дна и разработана система для оценки динамических изменений биомедицинских изображений, которая позволяет проводить оценку состояния сосудов и определения конъюнктивального индекса по следующим показателям: по таким показателям: соотношение диаметров артериол и соответствующих венул; неравномерности калибра; меандрические извилистости; микроаневризмы; клубочки; сетевидные структуры сосудов; изменения количества функционирующих капилляров артериоло-венулярные анастомозы; кровоизлияния; периваскулярные отеки сладж-феномена; микротромбы. Проведены экспериментальные исследования биомедицинских изображений микроциркуляции крови в сосудах глазного дна с помощью разработанной системы на кафедре глазных болезней Винницкого национального медицинского университета им. Пирогова. Методы и алгоритмы обработки биомедицинских изображений также внедрены в учебный процесс кафедры общей физики и фотоники и лазерной и оптоэлектронной техники Винницкого национального технического университета), а также для проведения научных исследований на базе Корпорации «Лазер и здоровье», г. Харьков.

This dissertation is devoted to the further development of systems for the evaluation of dynamic changes by analysis of biomedical images that automates steps to perform diagnostics and quantitative monitoring of pathological changes of vessels. The thesis developed a mathematical model based on spatially coherent preparation for evaluating dynamic changes biomedical image that defines the characteristic features to achieve invariance as to rotate images and increases the reliability of processing, improved method to automatically select the threshold gradient filter that uses data from the gradient methods that determine the optimal threshold and increase the reliability of forecasting dynamic speed changes biomedical images, further developed method W-spectrum of connectivity for the analysis of biomedical images by fragmentation of information in the areas of image comparison with reference drugs that increases the reliability of diagnosing of ophthalmic diseases. The practical significance of the results is that in the developed theoretical positions implemented system for evaluating dynamic changes biomedical images of the fundus. Recommendations for creating a system to evaluate the dynamic changes of biomedical images on the example of determining the state of blood circulation in the vessels of the fundus, indicators which allow to assess the adequacy of action for analyzing digital biomedical images of the fundus and the system for evaluating dynamic changes biomedical images, which allows evaluation of the state conjunctival blood vessels and determining index.